Universal quantum gates based on both geometric and dynamic phases in quantum dots
提出了一种大规模量子计算机模型，其量子比特由半导体量子点上的基态和单激子态对着的子空间表示。该系统中的量子门可以通过动态演化和非绝热几何相位的混合方法来实现。
2003-04-28 quant-ph
Resonator-assisted entangling gate for singlet-triplet spin qubits in nanowire double quantum dots
我们提出了一种谐振子辅助的纠缠门，用于高保真度的自旋量子比特。每个自旋量子比特对应于纳米线双量子点中的两个电子，单线态和三重态之一作为逻辑量子比特态。该门受虚电荷偶极跃迁的影响。我们在我们的模型中包括噪声，以显示在当前的实验条件下的方案的可行性。
2010-05-17 quant-ph
Universal quantum gates for hybrid systems assisted by quantum dots inside double-sided optical microcavities
本文提出了在双面光学微腔中利用量子点辅助，在飞行光子量子比特和静止电子自旋量子比特之间构造通用量子门，即受控非门、三量子比特Toffoli门和Fredkin门的确定性方案.我们的门的控制量子比特被编码在运动的单光子的偏振上，目标量子比特被编码在光学微腔中的量子点中的受限电子自旋上。我们在混合系统上设计的这些通用量子门方案具有一些优点。首先，原则上所有的门都以100%的成功概率完成。其次，我们的方案不需要额外的量子比特。第三，门的控制量子位很容易操纵，目标量子位非常适合存储和处理。第四，为了获得高保真度，门不要求非耦合腔的透射与耦合腔的反射可平衡。第五，三个通用门的器件工作在弱耦合和强耦合两种情况下，在实验上是可行的。
2013-02-08 quant-ph
Relaxation of excited spin, orbital, and valley qubit states in single electron silicon quantum dots
我们扩展了以前的工作，在量子计算的背景下，对待理想的，单电子，硅量子点的低激发态的弛豫物理。这些状态有三种类型：轨道、谷和自旋。弛豫时间敏感地依赖于系统参数，如点的大小和外部磁场。然而，一般来说，应变硅的轨道弛豫时间很短（从十分之一微秒到皮秒），自旋弛豫时间很长（微秒到大于秒），而谷弛豫时间预计介于两者之间。重点是由于声子的发射或吸收的弛豫，但对于自旋弛豫，我们也考虑竞争机制，如电荷噪声。在适当的情况下，与参考系进行比较，例如III-V材料中的量子点和硅施主态。声子瓶颈效应被证明是相当小的硅点的兴趣。我们比较的理论预测最近的一些自旋弛豫实验和评论的非理想点的可能影响。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological Quantum Gates with Quantum Dots
我们提出了一个理想化的模型，涉及相互作用的量子点，可以支持量子计算的动力学和几何形式。我们表明，通过采用类似于Aharonov-Bohm效应中使用的结构，我们可以构建一个拓扑双量子位相位门，该相位门在很大程度上独立于控制参数的精确值，因此对控制误差具有弹性。该装置的主要部件可以用现有技术实现。
2003-02-10 quant-ph
Variational quantum compiling for three-qubit gates design in quantum dots
针对可扩展量子计算中量子逻辑门设计需求，本工作利用变分量子编译算法，基于纯物理相互作用项的时间无关哈密顿量设计出对多种噪声鲁棒的高保真三量子比特门，且方法适用于多类量子系统，助力构建更优量子计算架构。
2024-12-09 quant-ph
Qubit gates with simultaneous transport in double quantum dots
将双量子点中的单电子在磁场中的自旋作为四能级系统考虑。通过描述自旋-轨道耦合引起的自旋守恒隧道和自旋翻转导致的电子在势极小值之间的运动，我们基于四维（4D）旋转的几何形状反向设计了比绝热更快的状态操纵操作。特别是，我们展示了如何在同时执行所需自旋旋转的量子点之间传输量子比特。
2018-09-24 quant-ph
High-fidelity geometric gate for silicon-based spin qubits
容错量子计算物理实现的关键是高保真度的操作。在这里，我们提出了一个协议，以实现通用的非绝热几何门的硅基自旋量子比特。我们发现，几何门的优势动态门关键取决于建设的几何相位的演化循环。在适当的演化循环下，几何单比特门和CNOT门在系统噪声和失谐噪声下的性能都优于它们的动力学对应物。我们还使用与硅实验一致的噪声幅度进行随机基准测试。对于静态噪声模型，几何门的平均相干度约为99.90%或更高，而对于时变$1/f$型噪声，当仅存在失谐噪声时，几何门的平均相干度约为99.98%.我们还表明，在几何门的并行性的改善动态的通常增加的指数$α$噪声，和比率可以高达4时，$α\approx 3$。我们的研究结果表明，几何门与明智地选择的进化循环可以是一个强大的方式来实现高保真量子门。
2020-01-14 quant-ph
Universal Non-adiabatic Holonomic Gates in Quantum Dots and Single-Molecule Magnets
量子系统的几何操作提供了一种快速、通用和鲁棒的量子信息处理方法。在这里，我们提出了一个通用的全几何量子计算方案，使用非绝热量子完整。我们提出了三种不同的实现方案的基础上的非常规使用的量子点和单分子磁体设备，提供了有前途的可扩展性和强大的效率。
2014-01-24 quant-ph
How valley-orbit states in silicon quantum dots probe quantum well interfaces
硅量子点中谷轨道态的能量是由界面粗糙度、轨道限制和电子相互作用之间的相互作用决定的。在这里，我们报告测量的一个和两个电子的谷轨道状态的能量点电位被修改通过改变栅极电压，我们计算这些相同的能量使用全配置相互作用计算。这些结果使人们能够理解物理贡献之间的相互作用，并能够对量子阱界面进行新的探测。
2022-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Materials for Silicon Quantum Dots and their Impact on Electron Spin Qubits
量子计算机有可能有效地解决物流、药物和材料设计、金融和网络安全方面的问题。然而，为了纠正量子操作中不可避免的错误，需要数百万个量子比特。在这种情况下，栅极定义的硅量子点中的电子自旋是编码量子位的有力竞争者，利用微电子行业的专业知识制造具有纳米级电极的密集芯片。然而，商业制造的晶体管中使用的复杂材料组合将对脆弱的量子位产生非常不同的影响。我们在这里回顾了对量子比特性能和可变性有直接影响的材料的一些关键特性。
2021-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanocrystals in silicon photonic crystal standing-wave cavities as spin-photon phase gates for quantum information processing
利用硅高Q光子晶体纳米腔，提出并研究了半导体光子晶体中静止电子自旋量子比特与飞行光子量子比特之间的相互作用.首先，我们首次引入、推导并证明了实现自旋光子双量子比特相位门的显式条件，并提出这些相互作用可以作为量子信息处理的广义量子接口。其次，我们研究了新颖的单自旋诱导反射作为我们的耦合纳米腔系统中的固有裸模和修饰模的直接证据。这种硅系统的良好物理集成为大规模量子信息处理提供了巨大的潜力。
2007-08-13 quant-ph
Universal quantum gates on electron-spin qubits with quantum dots inside single-side optical microcavities
我们提出了一些紧凑的量子线路的确定性量子计算的电子自旋量子比特的辅助量子点内的单面光学微腔，包括CNOT，Toffoli，和Fredkin门。它们是利用腔量子电动力学的结果，在单侧光学微腔中的量子点中，单电子自旋引起的巨大的光学法拉第旋转而构造的。我们的通用量子门有一些优势。首先，原则上所有的门都以100%的成功概率完成。其次，我们的方案不需要额外的电子自旋量子比特，它们是通过单个光子的一些输入-输出过程来实现的。第三，这些门的电路简单而经济。此外，我们的器件在弱耦合和强耦合两种情况下都能工作，并且在实验上是可行的。
2015-03-01 quant-ph
Radio frequency reflectometry in silicon-based quantum dots
射频反射技术为门控量子点的电荷检测和自旋读出提供了一种快速、灵敏的方法。在这项工作中，我们专注于在累积模式的栅极定义的量子点，其中大的寄生电容构成了一个挑战的RF读出的实现。我们描述和测试两种方法来减轻寄生电容的影响，一个由片上修改和第二个由片外的变化。我们证明，这些方法能够在Si/SiGe量子点中实现高性能的电荷读出，在1 $μ$ s的测量时间内实现99.9%的保真度。
2021-01-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
A silicon quantum-dot-coupled nuclear spin qubit
固态单核自旋由于其长的相干时间和良好的可控性，长期以来一直被设想为量子计算的平台。测量可以通过局部电子进行，例如单原子掺杂剂或晶体缺陷中的电子。然而，在多种掺杂剂或缺陷之间建立长程相互作用是具有挑战性的。相反，在光刻定义的量子点中，可调谐的点间电子隧穿允许相邻点中基于电子自旋的量子位的直接耦合。此外，与半导体制造技术的兼容性提供了一条引人注目的途径来扩展到大量的量子位。不幸的是，超精细相互作用通常太弱，无法解决单个核。在这里，我们表明，对于硅金属氧化物半导体量子点中的电子，超精细相互作用足以初始化，读出和控制单个硅-29核自旋，产生核自旋的长相干时间与量子点系统的灵活性和可扩展性的组合。我们展示了核自旋量子比特的高保真投影读出和控制，以及核自旋和电子自旋之间的纠缠。重要的是，我们发现当电子在量子点之间移动时，核自旋和电子自旋都保持了它们的相干性，从而为通过电子穿梭实现远程核-核纠缠铺平了道路。我们的研究结果确立了量子点中的核自旋作为量子处理的强大新资源。
2019-06-28 quant-ph
Coherent electron transport in silicon quantum dots
由于硅是自旋量子比特的首选材料，并且出于可扩展的量子计算机体系结构对快速可靠的量子信息片上传输的需求，我们研究了硅双量子点中的相干电子输运。我们首先研究了硅双点中的谷轨道动力学，并讨论了如何正确地测量隧道耦合以及两个量子点之间的谷相位差。然后，我们专注于可能的相位和自旋翻转的错误，在整个硅双点自旋运输。特别是，我们澄清校正的有效$g$ -因子的电子自旋从双点限制电位，并量化所产生的相位误差。然后，我们研究自旋保真度损失由于自旋谷混合，这是硅量子点的一个独特的功能。我们表明，谷之间的小相位校正可能会导致显着的相干性损失。我们还研究了由外部非均匀磁场或内部自旋轨道耦合引起的自旋翻转误差。我们表明，谷的存在使得有可能有更广泛的（在interdot失谐方面）的水平反交叉相比，典型的反交叉，例如，GaAs双点，和这样广泛的反交叉导致放大自旋翻转错误。最后，我们设计了一个脉冲序列，利用硅双点的多电平反交叉和采用朗道-齐纳跃迁来抑制各种可能的自旋翻转错误。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical Activity of Group III-V Quantum Dots Directly Embedded in Silicon
针对硅基器件中III-V族量子点光学活性的理论空白，本文揭示了界面缺陷与$k$空间谷混合对载流子限制及发光性能的影响，并提出添加宽带隙材料层以改善光学性质。
2025-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Shuttling a single charge across a one-dimensional array of silicon quantum dots
硅自旋量子比特的容错操作已经取得了重大进展，单量子比特的正确率超过99.9%，基于交换耦合的双量子比特门的几个演示，以及相干单自旋光子耦合的实现。在量子寄存器中耦合任意对空间分离的量子位构成了重大挑战，因为大多数量子位系统被限制为具有最近邻连接的二维（2D）。对于硅中的自旋，应该开发新的量子态转移方法以实现超越最近邻交换的连接。在这里，我们展示了一个单一的电子穿梭在线性阵列的9个串联耦合的硅量子点在~50 ns通过一系列成对的点间电荷转移。通过逐步构建更复杂的脉冲序列，我们通过9点阵列一次执行2和3个电子的并行穿梭。这些实验证实了单电子的物理输运在大型硅量子点阵列中是可行的。
2018-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine interactions in silicon quantum dots
本文对Si中传导电子的超精细参数进行了全电子计算，结果表明：（i）所有参数都与$^{29}$ Si位的自旋密度成线性关系，（ii）各向同性项比各向异性项大30倍以上，（iii）Si核处的传导电子电荷密度与实验结果一致，（iv）Si核处的传导电子电荷密度与实验结果一致。（iv）天然Si量子点（QD）中的Overhauser场比GaAs QD中的小两个数量级。这增强了Si在保持自旋相干性方面的出色性能，并为自旋电子学应用提供了可靠的定量信息。
2011-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnetic field dependence of Pauli spin blockade: a window into the sources of spin relaxation in silicon quantum dots
研究了硅双量子点中自旋弛豫随点间失谐量和磁场的变化。在\sim 40 mT场尺度上，漏电流随磁场变化的下降归因于自旋轨道介导的自旋弛豫。在一个更大的（\sim 400 mT）的字段规模，在漏电流的峰值被认为是在一些，但不是所有的，保利阻止过渡，并归因于自旋翻转cotunneling。理论和实验结果表明，峰和谷的结构符合得很好。
2011-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit Quantum Electrodynamics Architecture for Gate-Defined Quantum Dots in Silicon
我们展示了一种混合器件结构，其中使用片上超导微波腔读出在Si/SiGe异质结构中形成的双量子点（DQD）中的电荷态。品质因数Q = 5,400是通过选择性地蚀刻掉量子阱的区域并通过栅极偏置线的低通滤波来减少光子损失而实现的。零差法测量了DQD的电荷稳定性图和电荷-腔耦合率gc/2 pi = 23 MHz。这些测量结果表明，在Si DQD中捕获的电子可以有效地耦合到微波光子，潜在地实现硅中的相干电子-光子相互作用。
2017-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improving mobility of silicon metal-oxide-semiconductor devices for quantum dots by high vacuum activation annealing
为了提高制造的硅金属氧化物半导体（MOS）量子器件的迁移率，形成气体退火是用于减轻Si/SiO2界面处的无序效应的常用方法。然而，活化退火的重要性通常被忽视。在这里，我们表明，注入激活的高真空环境是有益的，为提高流动性相比，氮气氛。霍尔条的低温输运测量表明，在注入激活过程中使用高真空退火可以将峰值迁移率提高两倍，达到1.5 m^2/（Vs）。此外，绘制了单个量子点的电荷稳定性图，没有由无序引起的可见干扰，表明在商业晶片上制造高质量量子点的可能性。我们的研究结果可能会提供有价值的见解硅基量子计算的设备优化。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust implementation of quantum gates despite always-on exchange coupling in silicon double quantum dots
在（1，1）电荷配置中的硅双量子点设置中的自旋量子位的可寻址性依赖于在电子的塞曼分裂之间具有大的差异。当差异不是足够大时，旋转波近似变得不准确。我们考虑在这种制度下工作的设备，始终在交换耦合，并描述如何CZ门和任意的一个量子比特门，这是强大的电荷噪声可以通过平滑地脉冲微波源，同时消除串扰来实现。我们发现，最显着的偏离旋转波近似，这是类似的布洛赫Siegert移位在一个两级系统，可以使用本地虚拟门补偿。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Radio-frequency detected fast charge sensing in undoped silicon quantum dots
硅量子点中的自旋量子比特为量子计算机提供了一个有前途的平台，因为它们具有长的相干时间和可扩展性。电荷传感技术在读出自旋量子比特以及调整器件参数方面起着至关重要的作用，因此其在测量带宽和灵敏度方面的性能是自旋量子比特实验中的重要因素。在这里，我们展示了快速和灵敏的电荷传感的射频反射计的未掺杂的，积累模式的Si/SiGe双量子点。我们发现，在典型的积累模式栅极几何形状的大寄生电容阻碍反射测量。我们提出了一个门的几何形状，显着降低了寄生电容，使快速单次读出。该技术使我们能够在泡利自旋阻塞条件下区分单占据和双占据两电子态，积分时间为0.8 μs，这是硅中有史以来报道的最短值，信噪比为6。这些结果为设计适用于快速、高保真读出的硅自旋量子比特器件提供了指导。
2020-02-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-Valley Qubit Dynamics In Exchange Coupled Silicon Quantum Dots
谷态的存在是在硅量子点中实现量子信息技术的一个重大障碍，因为泄漏到交替的谷态中会将误差引入计算。我们用微扰分析方法研究了具有谷自由度的交换耦合量子点的动力学。我们发现，如果谷分裂是大的，电子没有被适当地初始化到谷本征态，那么系统的时间演化将导致自旋谷纠缠。如果谷分裂很小，电子没有初始化到相同的谷态，也会发生自旋谷纠缠。此外，我们还发现，对于小的谷分裂，自旋谷纠缠不影响两个量子比特系统的测量概率;然而，具有更多量子比特的系统将受到影响。这意味着在双量子比特系统中测量的双量子比特门的量子数可能会错过谷自由度的影响。我们的工作表明，即使在系统温度很低的情况下，谷的存在也可能对多量子比特的量子性产生不利影响。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Disorder-induced valley-orbit hybrid states in Si quantum dots
硅中的量子点是实现固态量子信息处理的有希望的候选者。理解硅的多导带谷对这些器件性能的影响是很重要的。在这里，我们介绍了一个新的，系统的有效质量理论的谷轨道耦合在无序硅系统。该理论揭示了谷轨道杂化效应，这对于在谷自由度中存储量子信息是有害的，包括谷态之间的非零偶极矩阵元素和改变的谷间隧穿。
2013-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-adiabatic geometrical quantum gates in semiconductor quantum dots
本文研究了用半导体量子点实现非绝热几何量子门。讨论了利用激子自由度的不同量子信息编码/操纵方案。利用Aharanov-Anandan几何相位可以避免依赖绝热Berry相位的绝热方案的局限性，在原理上可以实现快速几何量子门
2003-01-17 cond-mat quant-ph
Valley dependent anisotropic spin splitting in silicon quantum dots
硅量子点（QD）中的自旋量子位由于其异常长的相干时间和与硅晶体管平台的兼容性而具有吸引力。为了实现用于量子位可缩放性的自旋的电控制，最近的实验已经利用来自集成微磁体的梯度磁场来产生自旋和电荷之间的非本征耦合，从而电驱动电子自旋共振（ESR）。然而，硅量子点中的自旋经历了自旋、电荷和谷自由度之间复杂的相互作用，受到限制界面的原子尺度细节的影响。在这里，我们报告的实验观察到的谷依赖的各向异性自旋分裂的硅量子点与集成的微磁铁和外部磁场。我们表明，原子计算的自旋轨道相互作用（SOI），这是经常被忽略的体硅，起着重要的作用，在测量的各向异性。此外，不均匀性，如界面台阶强烈影响自旋分裂和它们的谷依赖性。这种对控制谷依赖自旋性质的内在和外在因素的原子尺度理解是在Si QD中成功操纵量子信息的关键要求。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hubbard model description of silicon spin qubits: charge stability diagram and tunnel coupling in Si double quantum dots
我们应用新近提出的哈伯德模型方法定量描述了硅双量子点系统的电荷稳定性图和隧道耦合。将广义哈伯德模型和微观理论的计算结果与已有的实验数据进行了比较，发现理论与实验之间有很好的一致性.我们的理论的中心近似是将多电子多带系统简化为一个有效的双电子模型，这是一个数值上易于处理的方法.在微观理论中，我们利用Hund-Mulliken近似的电子波函数和比较两种不同形式的限制势（双二次和高斯）的计算结果。我们讨论了我们的工作对未来研究的影响。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Telecom wavelength quantum dots interfaced with silicon-nitride circuits via photonic wire bonding
本研究利用3D激光写入的光子线键合，将电信波长量子点光源与硅氮化物光子电路集成，实现单光子高效传输，为多平台量子光子电路扩展奠定基础。
2024-11-08 physics.optics quant-ph
Zeno Quantum Gates in Semiconductor Quantum Dots
提出了一种利用半导体量子点的量子芝诺效应实现两量子比特条件相位门的方案。该系统由两个带电点和一个辅助点组成，可以在共振激光脉冲下进行拉比振荡。量子芝诺效应是由辅助点和带电点之间的声子辅助激子弛豫引起的，这相当于连续测量。我们解析求解主方程，并使用一组现实的参数来模拟系统的动力学。与标准方案相比，较大的声子弛豫速率增加了操作的保真度。
2008-10-24 cond-mat.other quant-ph
Efficient C-Phase gate for single-spin qubits in quantum dots
双量子比特相互作用是量子信息处理的核心。对于半导体量子点中的单自旋量子比特，交换门一直被认为是自然的双量子比特门。最近在耦合的量子点系统中集成磁场或g因子梯度允许控制相位（C相）门的一步鲁棒实现。我们分析了在现实条件下可以获得的C相门持续时间和精度，包括电荷和核场波动的影响，并发现门错误概率低于10-4，可能允许容错量子计算。
2011-05-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Protocol for a resonantly-driven three-qubit Toffoli gate with silicon spin qubits
三量子比特Toffoli门在量子纠错和复杂的量子算法（如Shor的因子分解算法）中起着重要的作用，激发了对这种门的有效实现的搜索。本文介绍了一种适用于硅量子点阵列中交换耦合电子自旋量子比特的Toffoli门。我们的协议是一个自然的延伸，以前证明了硅自旋量子位的共振驱动CNOT门。它是基于一个单一的交换脉冲与谐振微波驱动相结合，与操作时间的顺序为100纳秒和保真度超过99%。我们分析了校准误差和1/f噪声对门保真度的影响，并将门性能与由双量子位门合成的Toffoli门进行了比较。我们的方法很容易推广到其他受控的三量子比特门，如Deutsch和Fredkin门。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically controlled phase gate for two spin qubits in coupled quantum dots
我们提出了一个可行的方案，在相邻的自组装量子点中的两个传导电子自旋量子比特之间实现光控相位门。点之间的相互作用是介导的隧穿的价空穴状态，这是激活，只有通过施加正确的偏振和频率的激光脉冲。结合空穴隧穿和泡利阻塞效应，我们得到了两个量子点的条件动力学，这是我们门操作的本质。我们的研究结果与最近一代垂直堆叠自组装InAs量子点明确相关，并表明通过避免意外动力学的设计，理论上可以在10 ps范围内实现门，保真度超过90%。因此，我们的提议为量子点中的超快量子逻辑的演示提供了一条可行的途径。
2015-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronic Correlations in Multielectron Silicon Quantum Dots
本文提出了一种基于Hartree-Fock理论的硅量子点建模方法，该方法考虑了强电子-电子相互作用、导带谷和有效质量等复杂性，揭示了电子-电子相互作用与谷自由度的重要性，并探讨了各向异性对量子点形成的影响。
2024-07-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Compact frequency multiplexed readout of silicon quantum dots in monolithic FDSOI 28nm technology
本研究基于28nm单片FDSOI工艺，首次实现两个共集成单电子晶体管的无谐振器片上频分复用读出，在4.2K下以2.2μs读出速度、1MHz频率间隔达到99.9%保真度，为大规模量子-经典架构奠定基础。
2024-10-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Control of valley dynamics in silicon quantum dots in the presence of an interface step
最近在硅纳米结构上的实验已经在可扩展的、长寿命的量子信息处理方面取得了突破。谷自由度在这些器件中起着基础作用，硅量子点的两个最低能量的电子态可以形成谷量子比特。在这项工作中，我们表明，在硅/势垒界面处的单原子高台阶诱导量子比特和面内电场的强相互作用，并分析这种增强的相互作用对量子比特动力学的后果。量子位状态的电荷密度通过界面步骤而不同地变形，从而允许通过谷到电荷转换的非破坏量子位读出。栅极诱导的平面内电场与界面台阶一起使得能够经由电驱动的谷谐振来快速控制谷量子位。我们计算单和双量子位门时间，以及弛豫和失相时间，并提出预测的参数范围内的门时间可以比弛豫时间短得多，失相减少。
2016-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-induced relaxation and decoherence times of the hybrid qubit in silicon quantum dots
我们从理论上研究了硅中混合量子比特的声子诱导弛豫和退相干过程。当失谐量接近零时，混合量子比特表现为电荷量子比特，而对于大失谐量值，混合量子比特表现为自旋量子比特。它是从静电定义的双量子点开始实现的，其中三个电子被限制并仅通过电调谐来操纵。通过采用三能级量子比特有效模型和描述的环境浴作为一系列的谐振子在热平衡状态，我们提取的弛豫和退相干时间的函数浴光谱密度和浴温度使用布洛赫Redfield理论。对于Si量子点，能量色散受到谷的物理学的强烈影响，即导带最小值，因此我们在分析中还包括谷激发的贡献。我们的研究结果提供了基本的信息时，不可避免的与环境的相互作用，并考虑温度的影响系统的退相干特性。
2019-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Giant Rabi frequencies between qubit and excited hole states in silicon quantum dots
该研究理论上扩展了硅量子点中空穴自旋量子比特的跃迁分析至第一激发二重态，发现其拉比频率比基态高出数个数量级，且可通过偏压调谐，对多能级操控和多空穴编码有启示。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Deterministic positioning of colloidal quantum dots on silicon nitride nanobeam cavities
设计一个精确定位的腔耦合有源介质阵列是混合集成光子学领域的一个重大实验挑战。我们确定性的位置解决方案处理胶体量子点（QD）的高品质因数氮化硅纳米梁腔，并证明光物质耦合。通过在包覆在聚合物抗蚀剂中的封装腔的顶部上光刻地限定窗口，并且旋涂QD溶液，我们可以精确地控制QD的放置，其随后耦合到腔。我们发现，耦合到腔的量子点的数量可以控制的窗口的大小。此外，我们证明在这个量子点腔平台的Purcell增强和饱和光致发光。最后，我们确定性地将量子点放置在光子分子上，并观察到量子点耦合腔的超模。我们的研究结果铺平了道路，通过工程的窗口大小和量子点尺寸控制耦合到一个腔的量子点的数量，并将允许在腔增强单光子发射，超低功率非线性光学，量子多体模拟与相互作用的光子的先进研究。
2018-07-08 physics.optics quant-ph
Commercial CMOS Process for Quantum Computing: Quantum Dots and Charge Sensing in a 22 nm Fully Depleted Silicon-on-Insulator Process
本文展示了在GlobalFoundries 22FDX工业工艺下制造的商业纳米结构中，通过栅电压控制量子点形成与耦合，并首次利用单电子盒传感器在商业工艺中实现有效电荷传感。
2024-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum CNOT Gate for Spins in Silicon
单量子比特旋转和双量子比特CNOT运算是通用量子计算的关键组成部分。虽然已经使用电子自旋自由度实现了高保真单量子位操作，但由于快速的核自旋退相和电荷噪声，实现鲁棒的CNOT门一直是一个主要挑战。我们展示了一个有效的共振驱动CNOT门的电子自旋在硅。我们的平台实现了单量子位旋转，其重复率> 99%，通过随机基准测试验证。交换耦合的栅极控制允许在~200 ns内实现具有谐振驱动的量子CNOT门。我们使用CNOT门来产生具有75%保真度的Bell态，受限于量子态读出。我们的量子点器件架构为硅中的多量子位算法打开了大门。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity quantum gates in Si/SiGe double quantum dots
受Zajac等人最近实验的启发。[arXiv：1708.03530]，我们在理论上描述了高保真双量子位门，使用受磁场梯度影响的相邻量子点中自旋之间的交换相互作用。我们使用分析计算和数值模拟相结合，以提供最佳的脉冲序列和门操作的参数设置。我们提出了一种新的同步方法，它避免了在门操作过程中有害的自旋翻转，并提供了有关相位失配的细节积累在两个量子位门发生由于剩余的交换相互作用，非绝热脉冲，和非共振驱动。通过调整选通时间，同步谐振和非谐振转换，并通过相位控制补偿这些相位失配，可以显著提高整体选通保真度。
2017-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Implications of Simultaneous Requirements for Low Noise Exchange Gates in Double Quantum Dots
在用于量子计算的量子点中实现低误差的交换相互作用操作对交换能量对施加的电压的依赖性提出了同时的要求。采用全组态相互作用方法求解了一个二次势近似的双量子点量子比特。该方法比Heitler-London和Hund-Mulliken方法更准确，并捕获新的和重要的定性行为。我们发现，可以找到多个制度中的交换能量的依赖点之间的偏置电压是兼容的电流量子纠错码和国家的最先进的电子学。识别这样的机制可能证明对于对电荷波动鲁棒的量子门的构造和操作是有价值的，特别是在动态校正门的情况下。
2010-04-08 cond-mat.str-el quant-ph
Valley splittings in Si/SiGe quantum dots with a germanium spike in the silicon well
硅锗异质结构已经成功地承载了量子点量子比特，但是两个最低谷态的本征近简并性对高保真度量子计算构成了障碍。我们提出了一种修改的Si/SiGe异质结构的量子阱内的锗浓度的尖峰，以增加谷分裂。异质结生长的化学气相沉积和磁谱进行栅极定义的量子点上测量的激发态光谱。我们证明了一个大的和广泛的可调谷分裂作为施加的垂直电场和横向点限制的函数。我们进一步调查的锗尖峰的作用，通过紧束缚模拟在单电子点，并显示了强大的倍增谷分裂时，尖峰存在，相比标准（无尖峰）异质结构。这种倍增效应几乎与电场、尖峰的锗含量和尖峰位置无关。尽管异质结构发生了剧烈的变化，但稳定的、可调谐的量子点的实验证据为未来的异质结构修改提供了基础。
2021-04-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-based optical quantum gates via Pauli blocking in semiconductor quantum dots
我们提出了一种固态实现的超快条件量子门。我们提出的量子计算设备是基于半导体量子点中电子的自旋自由度，从而受益于相对较长的退相干时间。更具体地说，结合泡利阻塞效应与适当定制的超快激光脉冲，我们能够获得亚皮秒自旋相关的库仑相互作用，这是我们的条件相位门建议的本质。这使我们能够实现{ \it--一个快速的双量子比特门，它不会转化为快速的退相干时间}，并为基于自旋的全光量子计算机铺平了道路。
2002-02-28 cond-mat quant-ph
Entanglement and Quantum Gate Operations with Spin-Qubits in Quantum Dots
本文简要介绍了量子点中可区分粒子间的量子纠缠的概念，并回顾了最近提出的利用量子点中的自旋量子比特进行固态量子计算的方案。自旋实现量子比特的电子的不可区分的特性引起了进一步的纠缠状量子关联。我们总结了最近的结果，这种类型的量子关联的不可区分的粒子。
2001-10-08 cond-mat quant-ph
Controlled phase gate in exchange coupled quantum dots affected by quasistatic charge noise
针对半导体量子比特中电荷噪声影响两比特门保真度的问题，研究了准静态失谐噪声对双量子点自旋比特受控相位门的作用，推导了弱噪声下相关解析表达式并验证了序列保真度指数衰减规律仍成立。
2023-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Design and proof of concept for silicon-based quantum dot quantum bits
基于硅的自旋为量子计算提供了最有前途的架构之一。量子点是一种固有的可扩展技术。在这里，我们将这两个概念结合到硅锗量子比特的可行设计中。这种新结构结合了垂直和横向隧穿，提供了点之间的受控耦合，并使每个点的单电子占领。对设计的精确建模阐明了其可扩展的量子计算的潜力。这是第一次有可能将容错纠错的要求转化为对量子点中的栅极电压控制电子器件的具体要求。我们证明，这些要求是满足现有的脉冲发生器在kHz-MHz的范围内，但GHz的操作是尚未实现的。我们的计算进一步查明了器件的功能，提高了操作速度和鲁棒性，防止泄漏错误。我们发现，硅量子点量子计算机的组件技术已经掌握。
2002-04-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Extracting inter-dot tunnel couplings between few donor quantum dots in silicon
固态量子计算架构的长期缩放前景在很大程度上依赖于简单可靠地测量和控制相干电子相互作用强度的能力，该相干电子相互作用强度被称为隧道耦合$t_c$。在这里，我们描述了一种方法来提取的$t_c$之间的两个量子点（QD）利用其不同的隧道速率的水库。我们展示了几个施主三重量子点隧道耦合到附近的单电子晶体管（SET）在硅的技术。使用扫描隧道显微镜-氢光刻法图案化该装置，从而允许直接测量给定点间距离的隧道耦合。我们分别在相隔14.5 nm和14.0 nm的最近邻量子点之间提取${t}_{\rm{c}}=5.5\pm 1.8\;{\rm{GHz}}$和${t}_{\rm{c}}=2.2\pm 1.3\;{\rm{GHz}}$。该技术允许一个精确的测量$t_c$的纳米器件，即使它是小于电子温度，是一个理想的表征工具，多点系统与电荷传感器。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Reconfigurable Gate Architecture for Si/SiGe Quantum Dots
我们展示了一个可重构的量子点门架构，包括两个可互换的传输通道。一个通道用于形成量子点，另一个用于电荷感测。量子点传输通道可以支持单个或双量子点。我们证明了几个电子占领在一个单一的量子点和提取充电能量高达6.6毫电子伏。磁谱仪用于测量35-70微电子伏特范围内的谷分裂。通过激励两个额外的栅极，我们形成了一个少电子双量子点，并展示了可调隧道耦合在（1，0）到（0，1）点间电荷跃迁。
2015-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid integration of deterministic quantum dots-based single-photon sources with CMOS-compatible silicon carbide photonics
薄膜4 H-SiC（4 H-SiC）由于其高的CMOS工艺兼容性和大的光学非线性而成为实现大规模光学量子线路的竞争者。然而，在生产用于光子电路的密集集成的绝缘体上的晶片级4 H-SiC薄膜（4 H-SiCOI）以及对于可扩展量子光子学至关重要的确定性量子发射器的有效耦合方面仍然存在挑战。在这里，我们展示了混合集成的自组装InGaAs量子点（QD）为基础的单光子源（SPS）与晶圆级的4 H-SiC光子芯片制备的离子切片技术。通过设计双层垂直耦合器，实现了混合量子光子芯片中单光子辐射的产生和高效路由。此外，我们通过制作一个1 × 2的多模干涉仪（MMI），实现了一个芯片集成的分束器操作的触发单光子的对称功率分配比为50：50。在离子切片技术制备的4 H-SiC光子芯片上成功集成基于量子点的SPS，是实现CMOS兼容、快速可重构量子光子电路和确定性SPS的重要一步。
2022-03-23 physics.optics quant-ph
Coherent transfer of quantum information in silicon using resonant SWAP gates
基于硅量子点自旋的固态量子处理器正在成为量子信息处理的强大平台。高保真度的单量子位和双量子位门最近已经被证明，大型可扩展量子位阵列现在被常规制造。然而，双量子比特门是通过最近邻交换相互作用介导的，这需要直接波函数重叠。这限制了这些设备的整体连接性，并且是实现纠错、量子随机存取存储器和多量子比特量子算法的主要障碍。为了扩展连接性，量子比特可以使用量子SWAP门在设备周围穿梭，但相位相干SWAP尚未在硅设备中实现。在这里，我们展示了一种新的单步谐振SWAP门。我们首先使用门来有效地初始化和读出我们的双量子点。然后，我们表明，门可以移动自旋本征态在100 ns的平均保真度$\bar{F}_{SWAP}^p$ = 98%。最后，任意两个量子比特的产品状态的转移基准使用状态断层扫描和Clifford随机基准，产生的平均保真度为$\bar{F}_{SWAP}^c$ = 84%的门操作时间为~300 ns。通过相干自旋输运，我们的共振SWAP门实现了非相邻量子比特的耦合，从而为使用硅自旋量子比特的大规模实验铺平了道路。
2019-06-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulated coherent electron shuttling in silicon quantum dots
数值模拟了单电子在硅量子点中的穿梭过程。一个最小的门几何结构没有明确的隧道势垒门，并用于定义一个链的积累模式量子点，每个由一个单一的栅极电压控制。一维势是从三维静电模型中导出的，并用于构造有效的哈密顿量以进行有效的模拟。控制脉冲序列通过保持固定的绝热性来设计，使得可以系统地比较不同的穿梭条件。我们首先使用这些工具来优化器件的几何形状，以获得最大的传输速度，只考虑轨道状态，忽略谷和自旋自由度。考虑到实际的几何约束，电荷穿梭速度高达$\sim$ 300 m/s保持绝热性。通过在有效哈密顿量中加入自旋轨道和谷项，使单重态对中的一个成员穿梭，并跟踪纠缠保真度，模拟了相干自旋输运。在实际的器件和材料参数下，当隧穿能量超过塞曼能时，得到了10-100 m/s范围内的梭速和高自旋纠缠态.高保真度还要求点间谷相位差低于由隧穿能量和塞曼能量的比率确定的阈值，使得自旋-谷-轨道混合较弱。在这个制度中，我们发现，不忠的主要来源是一个相干的自旋旋转，是可纠正的，在原则上。这些结果与同位素纯化硅中大规模自旋量子比特处理器的建议有关，该处理器依赖于自旋的相干穿梭来快速地在计算节点之间分配量子信息。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
